身管作為速射武器的主要組成部分,是控制彈丸飛行運動姿態(tài)的重要載體。在射擊過程中,身管主要承受燒蝕和磨損兩種漸進劣化作用。隨著射擊次數(shù)的增加,這兩種作用的綜合結(jié)果導致身管內(nèi)壁軸向各位置上孔徑不同程度的增大。由于身管內(nèi)壁孔徑的增大,內(nèi)彈道膛壓將會下降,同時,內(nèi)壁對彈丸的導轉(zhuǎn)約束減弱,造成彈道性能逐漸降低,直至武器壽命終止。此類武器普遍存在射擊持續(xù)能力不足、使用壽命不高等問題。為了改善此類武器的作戰(zhàn)性能,需要對身管材料的劣化行為和彈道性能退化過程開展深入研究。本文以某型大口徑機槍為研究對象開展如下研究,并取得相應結(jié)論:（1）以鍍鉻層/鋼基體為研究對象,基于身管服役環(huán)境,提出了身管內(nèi)壁受力狀態(tài)力學模型,并分別通過機械磨損實驗、燃氣沖蝕實驗和高溫燒蝕實驗,分析各因素對身管內(nèi)壁材料的損傷行為。研究表明,身管內(nèi)壁材料失效形式表現(xiàn)為彈丸的機械擠壓和高溫、高壓火藥燃氣造成鍍鉻層的開裂,鍍鉻層/鋼基體結(jié)構(gòu)在高溫載荷作用下,界面生成脆性FeCr化合物,鍍鉻層在彈丸擠壓引起的切向載荷作用下逐漸脫落。（2）由于高溫載荷引起的鍍鉻層/鋼基體界面力學性能逐漸退化,因此,通過激光燒蝕實驗實現(xiàn)不同溫度對界面漸進退化的影... 

【文章來源】：北京科技大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：150 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖２－１電鍍鉻涂層的裂紋ｍ??

???動磨損產(chǎn)生的鉻疲勞斷裂是鍍鉻層脫落更重要的因素。??由于氣體沖刷的效應，通常很難找到槍膛表面的氣體與金屬反應產(chǎn)生的??產(chǎn)物。因此，ＣｏｔｅＷ又在不同氣體氛圍中利用激光脈沖加熱法對炮鋼的燒蝕??做進一步研宄。實驗表明，可以通過激光脈沖加熱復現(xiàn)在槍膛表面觀察到的??熱－機損傷過程，包括涂層和鋼基材中的冶金轉(zhuǎn)變，涂層中的熱沖擊裂紋，鋼??基材中的損傷引發(fā)，和界面退化，而氧化在引發(fā)燒蝕過程中起著關鍵作用。??Ｓ〇Ｐ〇ｋ【５，６側(cè)提出了更為詳盡的身管內(nèi)膛熱－化學－機械燒蝕機理，如圖２－２??所示。該機理模型充分考慮了沖刷氣流、溫度梯度、熱應力開裂、氣固反應、??表面熔化、燒蝕產(chǎn)物和機械剝蝕等因素，同時文章詳細解釋了包括身管內(nèi)膛??的熱影響區(qū)、化學擴散影響區(qū)、化學反應影響區(qū)等身管內(nèi)膛不同區(qū)域失效的??機理。對于涂層的失效問題，Ｓｏｐｏｋ給出的解釋是當鉻涂層熱開裂導致裂紋??擴展至界面氧化層時，火藥燃氣的沖刷將減少涂層－基體界面邊緣的粘附力，??并在會在裂紋塊上施加向上的力，加速其剝落過程。??Ｒｅａｃｔｉｎｇ?．Ｆｌｏｗ??麵』麵—麵■圓麵ｉ■曬＾訓丨認‘沾沿肪??Ａｂｌａｔｉｏｎ??Ｊ?Ｊ?／?Ｒｅａｃｔｉｏｎ?Ｚｏｎｅ??Ｐｒｏｄｕｃｔｓ?Ｊ?３?／??Ｍｅｃｈ．?Ｒｅｍｏｖａｌ?Ｔ?／?Ｉ??／?Ｔｈｅｒｍａｌ?Ｓｔｒｅｓｓ??Ｂｃ?Ｍｃｌｔ?／?Ｃｒａｃｋｓ??１?Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?Ｇｒａｄｉｅｎｔ??圖２－２熱－化學－機械燒蝕機理示意圖Ｉｓ，６Ｉ??國內(nèi)學者也分別對身管用鋼的鍍鉻層高溫磨損性能ｍ和火藥爆炸燒蝕性??能［８］做過相關研究。高溫磨損實驗中，鍍鉻層出現(xiàn)的裂紋將引起鍍層大面積

?北京科技大學博士學位論文???厚度為ｒ的涂層中的拉伸殘余應力在裂紋位置被消除，而之前由涂層承受??的載荷，現(xiàn)在由裂紋兩側(cè)長度為Ｚ的剪切帶承擔。因此，拉伸殘余應力的荷??載與界面ＴＯ附近最小剪切屈服強度的荷載相等，其表達式為：??ａ?Ｒｔ?＝?ｔ０Ｌ?（２－１）??該理論為觀測到的涂層裂紋間距和界面附近的最小剪切強度提供了涂層??拉伸破壞強度的計算方法。??Ｉ??＇￣一＾咖■■丨：—’?￥??ｉｎ－ｐｉａｎｅ?．＿Ｈ…??ｃｏａｔｉｎｇ??ｓｔｒｅｓｓ?〇ｃ＊??ｃｒ＾ｋ?Ｌ?ｙ??圖２－３火炮內(nèi)膛涂層界面滑移區(qū)拉伸破壞應力示意圖Ｍ??對于考慮火藥燃氣的高溫影響，Ｕｎｄｅｒｗｏｏｄ［１（）］又對火炮內(nèi)膛材料瞬態(tài)熱??損傷建立了熱力學模型。該模型考慮的涂層近壁面溫差的影響，如圖２－４所??示。文章指出，７Ｖ２可以認為是開裂深度為ｚ的涂層平均溫度，而ｒ３ｚ／２可代表??涂層下基體材料的溫度。兩者的差值控制涂層及其附近區(qū)域的臨界初始熱損??傷。同樣，在深度為ｚ的瞬態(tài)壓應力與沿長度為／的剪切應力ｒ達到平衡：??ＳＡＴ?ｘｚ?＝?Ｔｘｙ＊?（２－２）??因此，剪切應力１■的表達式為：??ｒ?＝?［Ｅａ｛Ｔｚｌ２－Ｔｉｚ／２）］ｘ（ｚ／ｙ）?（２－３）??式中，￡：６（（７＾２－７＾２）為壓應力的估計值，五和《分別為對應溫度下材料的彈??性模量和膨脹系數(shù)。??－５－??

【參考文獻】：
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本文編號：3110928